在真实世界中,植物是自然场景重要的一个组成部分,植物与自然环境交互可展现出各种不同的姿态,如与风作用时的摇曳,又或者枝条和叶片被碾压时产生弯曲变形等。植物的真实感动画模拟关键之处在于其分枝和叶片,在细节上对叶片进行真实感的动画模拟,对于植物动态仿真的整体效果至关重要。现有植物动画模拟研究多关注整体,植物器官如叶片等细节部分的模拟研究尚不深入,并且传统模拟算法求解运动方程的时间较长,不能够进行实时模拟交互。因此,如何构建高效稳定且真实的植物叶片模拟方法是植物动画模拟中亟待解决的问题。本文在分析经典植物叶片动画模拟方法的基础上,研究了基于位置约束的叶片动画模拟方法,该方法具有高效、稳定和易于控制的优点。并将扩展的基于位置动力学与提出的叶脉约束构建方法结合,对叶片模拟算法进行改进优化,以达到更好的动画效果,主要工作如下:（1）植物叶片几何约束构建与处理。围绕真实感叶片静态模型展开工作,研究分析植物叶片与普通模拟对象结构的差异。使用基于图像方法重建出真实感的叶片模型,考虑叶片受外力作用变形时叶脉的骨架支撑作用。采用基于位置的几何约束方法单独控制叶脉变形系数,基于约束系数非均匀分布思想,以叶脉为骨架生成具有真实感的叶片动画。（2）植物叶片动力学系统构建与求解。使用一个三元组处理叶片网格模型,并构建叶片的动力学模型。以叶片动力学模型为核心构建植物叶片动画模拟系统,对系统的约束方程采用非线性投影的高斯赛德尔迭代方法求解。将基于位置的方法和隐式欧拉法结合对二阶向后微分（Backward Differentiation Formula,BDF2）方法进行改进,对叶片的运动变形状态使用改进的BDF2积分方法更新,改进的BDF2方法能够降低系统的数值阻尼,加快系统收敛速度。（3）模拟系统改进与优化。为解决传统基于位置的方法模拟叶片动画时受系统迭代次数和时间步长影响等问题,提出使用扩展的基于位置的动力学方法。扩展的基于位置的方法考虑了物理意义上的力,通过几何约束模拟出弹性势能,再对弹性势能求导得出系统弹性力,并引入拉格朗日乘子消除时间步长的影响。在此基础上使用小步长方法分别对传统基于位置的方法和扩展的基于位置的方法进行优化。设计的针对鹅掌楸、枫树和樱花树等多组树叶动画模拟实验结果表明,本文提出的基于位置约束的叶片模拟方法与真实感的叶片静态模型结合,能够实现叶脉骨架支撑作用的真实感模拟,从而实现真实感的叶片动画。将非均匀分布的距离约束系数和弯曲约束系数组合,能够模拟出叶片不同的运动变形效果,并适用于不同种类的植物叶片。本文方法结合扩展的基于位置方法,解决了叶片刚性受迭代次数以及时间步长影响的问题,使用小步长算法对系统优化后,较好地实现了快速稳定的交互模拟。